CN105649121B - 一种模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器布设装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器布设装置。主体结构包括混凝土试样、第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔、第一开孔、第二开孔、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽、第六凹槽、微型光纤光栅应变传感器、微型硅压阻式土压力传感器、微型硅压阻式孔隙水压力传感器、铠装光缆、屏蔽防水导线、螺母和橡胶塞。本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便，实现桩土界面剪切混凝土试样表面安装微型传感器，能够为桩土界面剪切模拟试验系统成批地、简易地、高质量地制作满足试验设计的混凝土试样，从而大大提高试验效率，节约试验成本，并能获得大量的桩土界面应力试验数据，利于桩土界面试验的深入研究。

Description

一种模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器布设装置

技术领域：

本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种模拟桩土界面剪切试验工艺，特别是一种模拟桩土界面剪切混凝土试样表面传感器布设装置。

背景技术：

静压桩在建筑工程中广泛应用，预制桩静力压入地基过程中，受到土阻力作用，桩与土密不可分，组成桩土体系，桩土体系的关键是桩土界面，桩侧摩阻力的发挥就是通过桩土界面实现的。目前，桩土界面的试验研究是对土体与模拟桩体的各种材料(包括钢板，混凝土等)进行各种桩土界面剪切试验，在改进的剪切仪上，把剪切仪的下盒换成预制混凝土试样，尽量使试样表面粗糙度与桩身表面相同，模拟混凝土桩，现有技术中通过埋设在混凝土试样中微型“潜望镜”装置直接测出相对位移沿桩土界面的分布，而并未通过在混凝土试样中埋设微型“传感器”装置，从而准确推定桩土界面摩阻性能。因此为了对桩土界面的问题进行进一步试验研究，通过改进现有测试技术，研发一种在桩土界面剪切混凝土试样中埋设微型“传感器”装置及方法势在必行。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种模拟桩土界面剪切混凝土试样表面传感器布设装置，通过在混凝土试样表面预留和刻槽的方法，安装微型传感器，测出桩土界面应力的发展变化。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括混凝土试样、第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔、第一开孔、第二开孔、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽、第六凹槽、微型光纤光栅应变传感器、微型硅压阻式土压力传感器、微型硅压阻式孔隙水压力传感器、铠装光缆、屏蔽防水导线、螺母和橡胶塞；混凝土试样距离长边轴线一边50mm、短边边缘150mm的两端分别预留两个内径为22mm、高度为15mm的螺母，两个螺母内均放置一个直径22mm、高度15mm的橡胶塞，两个橡胶塞的中心位置分别开有直径为6mm、深度为15mm的第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔，第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔的间距为200mm，混凝土试样开孔深度18mm；混凝土试样距离长边轴线另一边50mm、短边边缘150mm的两端分别开有直径为20mm、深度为10mm的第一开孔和第二开孔；混凝土试样距离两长边边缘50mm的两边分别开设深度3mm、宽度3mm的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽均穿通混凝土试样；第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔的中间位置分别开设深度10mm、宽度6mm的第三凹槽和第四凹槽；第一开孔和第二开孔的中间位置分别开设深度15mm、宽度6mm的第五凹槽和第六凹槽；第一凹槽和第二凹槽内安装两个微型光纤光栅应变传感器，间距为150mm，第一开孔和第二开孔内安装有微型硅压阻式土压力传感器，微型硅压阻式孔隙水压力传感器安装在第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔内；第一凹槽和第二凹槽内的两个微型光纤光栅应变传感器分别采用铠装光缆串联，铠装光缆通过第一凹槽和第二凹槽引出，微型硅压阻式土压力传感器和微型硅压阻式孔隙水压力传感器分别连接屏蔽防水导线，屏蔽防水导线分别通过第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽和第六凹槽引出。

本发明所述混凝土试样的表面为尺寸规则的锯齿凹凸；微型光纤光栅应变传感器的直径为1mm，长度为10mm；微型硅压阻式土压力传感器的直径为20mm，高度为10mm；微型硅压阻式孔隙水压力传感器的直径为6mm，高度为15m；铠装光缆的直径为3mm，屏蔽防水导线的直径为5mm。

本发明对模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器布设的具体过程为：

第一步、预制混凝土试样，在距离混凝土试样长边轴线一边50mm、短边边缘150mm的两端分别预留两个内径22mm、高度15mm的螺母，在螺母内放置直径22mm、高度15mm的橡胶塞，然后在橡胶塞中心位置钻取直径为6mm圆柱形孔洞，形成直径6mm，深度15mm的第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔，第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔的间距200mm，混凝土试样开孔深度18mm；

第二步、在距离混凝土试样长边轴线另一边50mm处，用直径为20mm开孔器开孔，形成直径为20mm、深度为10mm的第一开孔和第二开孔；

第三步、在距离混凝土试样两长边边缘50mm的两边分别开设深度3mm、宽度3mm的通长第一凹槽和第二凹槽；在第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔中间位置，朝向混凝土试样短边方向开设深度10mm、宽度6mm的第三凹槽和第四凹槽；在在第一开孔和第二开孔中间位置，朝向混凝土试样短边方向，开设深度15mm、宽度6mm的第五凹槽和第六凹槽；

第四步、将微型光纤光栅应变传感器植入第一凹槽和第二凹槽，铠装光缆从第一凹槽和第二凹槽引出；微型硅压阻式土压力传感器放入第一开孔和第二开孔，微型硅压阻式土压力传感器接触面与混凝土试样表面齐平；微型硅压阻式孔隙水压力传感器放入第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔，微型硅压阻式孔隙水压力传感器与第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔及混凝土试样表面齐平，第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔的底部留有3mm深度；微型硅压阻式土压力传感器和微型硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线分别从第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽、第六凹槽引出。

第五步、用环氧树脂把第一开孔、第二开孔、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽和第六凹槽全部封装，第一开孔、第二开孔、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽和第六凹槽封装面与混凝土试样表面齐平，完成对模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器的布设。

本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便，实现桩土界面剪切混凝土试样表面安装微型传感器，能够为桩土界面剪切模拟试验系统成批地、简易地、高质量地制作满足试验设计的混凝土试样，从而大大提高试验效率，节约试验成本，并能获得大量的桩土界面应力试验数据，利于桩土界面试验的深入研究。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的微型光纤光栅应变传感器剖面原理示意图。

图3为本发明涉及的微型硅压阻式土压力传感器剖面原理示意图。

图4为本发明涉及的微型硅压阻式孔隙水压力传感器剖面原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例：

本实施例的主体结构包括混凝土试样1、第一螺母橡胶预留孔2、第二螺母橡胶预留孔3、第一开孔4、第二开孔5、第一凹槽6、第二凹槽7、第三凹槽8、第四凹槽9、第五凹槽10、第六凹槽11、微型光纤光栅应变传感器12、微型硅压阻式土压力传感器13、微型硅压阻式孔隙水压力传感器14、铠装光缆15、屏蔽防水导线16、螺母17和橡胶塞18；混凝土试样1距离长边轴线一边50mm、短边边缘150mm的两端分别预留两个内径为22mm、高度为15mm的螺母17，两个螺母17内均放置一个直径22mm、高度15mm的橡胶塞18，两个橡胶塞18的中心位置分别开有直径为6mm、深度为15mm的第一螺母橡胶预留孔2和第二螺母橡胶预留孔3，第一螺母橡胶预留孔2和第二螺母橡胶预留孔3的间距为200mm，混凝土试样开孔深度18mm；混凝土试样1距离长边轴线另一边50mm、短边边缘150mm的两端分别开有直径为20mm、深度为10mm的第一开孔4和第二开孔5；混凝土试样1距离两长边边缘50mm的两边分别开设深度3mm、宽度3mm的第一凹槽6和第二凹槽7，第一凹槽6和第二凹槽7均穿通混凝土试样1；第一螺母橡胶预留孔2和第二螺母橡胶预留孔3的中间位置分别开设深度10mm、宽度6mm的第三凹槽8和第四凹槽9；第一开孔4和第二开孔5的中间位置分别开设深度15mm、宽度6mm的第五凹槽10和第六凹槽11；第一凹槽6和第二凹槽7内安装两个微型光纤光栅应变传感器12，间距为150mm，第一开孔4和第二开孔5内安装有微型硅压阻式土压力传感器13，微型硅压阻式孔隙水压力传感器14安装在第一螺母橡胶预留孔2和第二螺母橡胶预留孔3内；第一凹槽6和第二凹槽7内的两个微型光纤光栅应变传感器12分别采用铠装光缆15串联，铠装光缆15通过第一凹槽6和第二凹槽7引出，微型硅压阻式土压力传感器13和微型硅压阻式孔隙水压力传感器14分别连接屏蔽防水导线16，屏蔽防水导线16分别通过第三凹槽8、第四凹槽9、第五凹槽10和第六凹槽11引出。

本实施例所述混凝土试样1的表面为尺寸规则的锯齿凹凸；微型光纤光栅应变传感器12的直径为1mm，长度为10mm；微型硅压阻式土压力传感器13的直径为20mm，高度为10mm；微型硅压阻式孔隙水压力传感器14的直径为6mm，高度为15m；铠装光缆15的直径为3mm，屏蔽防水导线16的直径为5mm。

本实施例对模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器布设的具体过程为：

第一步、预制混凝土试样1，在距离混凝土试样1长边轴线一边50mm、短边边缘150mm的两端分别预留两个内径22mm、高度15mm的螺母17，在螺母17内放置直径22mm、高度15mm的橡胶塞18，然后在橡胶塞18中心位置钻取直径为6mm圆柱形孔洞，形成直径6mm，深度15mm的第一螺母橡胶预留孔2和第二螺母橡胶预留孔3，第一螺母橡胶预留孔2和第二螺母橡胶预留孔3的间距200mm，混凝土试样开孔深度18mm；

第二步、在距离混凝土试样1长边轴线另一边50mm处，用直径为20mm开孔器开孔，形成直径为20mm、深度为10mm的第一开孔4和第二开孔5；

第三步、在距离混凝土试样1两长边边缘50mm的两边分别开设深度3mm、宽度3mm的通长第一凹槽6和第二凹槽7；在第一螺母橡胶预留孔2、第二螺母橡胶预留孔3中间位置，朝向混凝土试样1短边方向开设深度10mm、宽度6mm的第三凹槽8和第四凹槽9；在第一开孔4和开孔5中间位置，朝向混凝土试样1短边方向，开设深度15mm、宽度6mm的第五凹槽10和第六凹槽11；

第四步、将微型光纤光栅应变传感器12植入第一凹槽6和第二凹槽7，铠装光缆从第一凹槽6和第二凹槽7引出；微型硅压阻式土压力传感器13放入第一开孔4和第二开孔5，微型硅压阻式土压力传感器14接触面与混凝土试样1表面齐平；微型硅压阻式孔隙水压力传感器14放入第一螺母橡胶预留孔2和第二螺母橡胶预留孔3，微型硅压阻式孔隙水压力传感器14与第一螺母橡胶预留孔2、第二螺母橡胶预留孔3及混凝土试样1表面齐平，第一螺母橡胶预留孔2、第二螺母橡胶预留孔3的底部留有3mm深度；微型硅压阻式土压力传感器13和微型硅压阻式孔隙水压力传感器14的屏蔽防水导线16分别从第三凹槽8、第四凹槽9、第五凹槽10、第六凹槽11引出。

第五步、用环氧树脂把第一开孔4、第二开孔5、第一凹槽6、第二凹槽7、第三凹槽8、第四凹槽9、第五凹槽10和第六凹槽11全部封装，第一开孔4、第二开孔5、第一凹槽6、第二凹槽7、第三凹槽8、第四凹槽9、第五凹槽10和第六凹槽11封装面与混凝土试样1表面齐平，完成对模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器的布设。

Claims (1)

1.一种模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器布设装置，主体结构包括混凝土试样、第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔、第一开孔、第二开孔、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽、第六凹槽、微型光纤光栅应变传感器、微型硅压阻式土压力传感器、微型硅压阻式孔隙水压力传感器、铠装光缆、屏蔽防水导线、螺母和橡胶塞；混凝土试样距离长边轴线一边50mm、短边边缘150mm的两端分别预留两个内径为22mm、高度为15mm的螺母，两个螺母内均放置一个直径22mm、高度15mm的橡胶塞，两个橡胶塞的中心位置分别开有直径为6mm、深度为15mm的第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔，第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔的间距为200mm，混凝土试样开孔深度18mm；混凝土试样距离长边轴线另一边50mm、短边边缘150mm的两端分别开有直径为20mm、深度为10mm的第一开孔和第二开孔；混凝土试样距离两长边边缘50mm的两边分别开设深度3mm、宽度3mm的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽均穿通混凝土试样；第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔的中间位置分别开设深度10mm、宽度6mm的第三凹槽和第四凹槽；第一开孔和第二开孔的中间位置分别开设深度15mm、宽度6mm的第五凹槽和第六凹槽；第一凹槽和第二凹槽内安装两个微型光纤光栅应变传感器，间距为150mm，第一开孔和第二开孔内安装有微型硅压阻式土压力传感器，微型硅压阻式孔隙水压力传感器安装在第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔内；第一凹槽和第二凹槽内的两个微型光纤光栅应变传感器分别采用铠装光缆串联，铠装光缆通过第一凹槽和第二凹槽引出，微型硅压阻式土压力传感器和微型硅压阻式孔隙水压力传感器分别连接屏蔽防水导线，屏蔽防水导线分别通过第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽和第六凹槽引出；

本发明所述混凝土试样的表面为尺寸规则的锯齿凹凸；微型光纤光栅应变传感器的直径为1mm，长度为10mm；微型硅压阻式土压力传感器的直径为20mm，高度为10mm；微型硅压阻式孔隙水压力传感器的直径为6mm，高度为15m；铠装光缆的直径为3mm，屏蔽防水导线的直径为5mm；

本发明对模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器布设的具体过程为：

第一步、预制混凝土试样，在距离混凝土试样长边轴线一边50mm、短边边缘150mm的两端分别预留两个内径22mm、高度15mm的螺母，在螺母内放置直径22mm、高度15mm的橡胶塞，然后在橡胶塞中心位置钻取直径为6mm圆柱形孔洞，形成直径6mm，深度15mm的第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔，第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔的间距200mm，混凝土试样开孔深度18mm；

第二步、在距离混凝土试样长边轴线另一边50mm处，用直径为20mm开孔器开孔，形成直径为20mm、深度为10mm的第一开孔和第二开孔；

第三步、在距离混凝土试样两长边边缘50mm的两边分别开设深度3mm、宽度3mm的通长第一凹槽和第二凹槽；在第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔中间位置，朝向混凝土试样短边方向开设深度10mm、宽度6mm的第三凹槽和第四凹槽；在第一开孔和第二开孔中间位置，朝向混凝土试样短边方向，开设深度15mm、宽度6mm的第五凹槽和第六凹槽；

第四步、将微型光纤光栅应变传感器植入第一凹槽和第二凹槽，铠装光缆从第一凹槽和第二凹槽引出；微型硅压阻式土压力传感器放入第一开孔和第二开孔，微型硅压阻式土压力传感器接触面与混凝土试样表面齐平；微型硅压阻式孔隙水压力传感器放入第一螺母橡胶预留孔和第二螺母橡胶预留孔，微型硅压阻式孔隙水压力传感器与第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔及混凝土试样表面齐平，第一螺母橡胶预留孔、第二螺母橡胶预留孔的底部留有3mm深度；微型硅压阻式土压力传感器和微型硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线分别从第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽、第六凹槽引出；

第五步、用环氧树脂把第一开孔、第二开孔、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽和第六凹槽全部封装，第一开孔、第二开孔、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽和第六凹槽封装面与混凝土试样表面齐平，完成对模拟桩土界面剪切混凝土试样表面微型传感器的布设。